放眼世界，我們面對(duì)的是百年未有之大變局，而半導(dǎo)體行業(yè)又挺立在大變局的潮頭，成為大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力的焦點(diǎn)。根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球售出1.15萬(wàn)億顆芯片，銷售額達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的5559億美元，同比增長(zhǎng)26%。根據(jù)半導(dǎo)體調(diào)研機(jī)構(gòu)IC Insights發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)大陸制造的半導(dǎo)體價(jià)值為312億美元，而整個(gè)中國(guó)大陸的芯片消費(fèi)市場(chǎng)為1865億美元，自給率為16.7%;而在缺芯嚴(yán)重的汽車賽道，2021年中國(guó)大陸的芯片自給率更是只有5%。由此可見，全球的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體市場(chǎng)容量非常大，國(guó)產(chǎn)替代迫在眉睫。

此外，根據(jù)有關(guān)專業(yè)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，2021年全球EDA市場(chǎng)規(guī)模為130億美元左右，而中國(guó)EDA市場(chǎng)規(guī)模約為120億元人民幣。這意味著，規(guī)模為130億美元的EDA市場(chǎng)，正在撬動(dòng)規(guī)模為5559億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，所以在全球科技環(huán)境不對(duì)等的情況下，要發(fā)展中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，首先就要保障貫穿整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈生命周期的EDA工具的安全可控。

然而現(xiàn)實(shí)是，Synopsys、Cadence和Siemens EDA這三家EDA巨頭以較完整的全流程產(chǎn)品壟斷了全球78%的市場(chǎng)份額，在過去的20年中，中國(guó)EDA公司以華大九天為首，在夾縫中掙扎生存。為了改變這一現(xiàn)象，過去的兩三年中資本涌入、地方政府關(guān)心、到處追捧，神州大地涌現(xiàn)出幾十家EDA公司，同時(shí)概倫、華大九天、廣立微等本土頭部EDA公司紛紛搶灘登陸二級(jí)市場(chǎng)。本文試圖從歷史經(jīng)驗(yàn)借鑒、后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，以及中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)的國(guó)情出發(fā)，來探討什么才是適合中國(guó)EDA發(fā)展的道路。

中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)從未像當(dāng)下這般受到如此高度關(guān)注。

8月12日，美國(guó)商務(wù)部發(fā)布一項(xiàng)針對(duì)包含EDA軟件等四項(xiàng)技術(shù)的出口管制令。由于世界芯片產(chǎn)業(yè)鏈目前的高度分工與協(xié)作屬性，全球EDA產(chǎn)業(yè)無疑都將受其波及，而中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)將在多大程度上避免影響，再度成為業(yè)內(nèi)聚焦的熱點(diǎn)議題。

公開信息顯示，EDA全稱Electronic design automation，國(guó)內(nèi)譯稱電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，即利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件，來完成半導(dǎo)體芯片集成電路從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證在內(nèi)的一系列設(shè)計(jì)流程的總稱。由于在整個(gè)芯片制造過程中都會(huì)發(fā)揮作用，因此，EDA也常被視為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)。

在國(guó)內(nèi)一家頭部存儲(chǔ)芯片廠商芯片設(shè)計(jì)部門擔(dān)任負(fù)責(zé)人的林宇告訴《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者，其實(shí)此次美方出口限制令中涉及的領(lǐng)域主要為3nm及以下先進(jìn)制程的EDA技術(shù)，因此對(duì)整體尚未進(jìn)入7nm以內(nèi)高端制程領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)而言，暫時(shí)不會(huì)造成過多困擾。

但從長(zhǎng)遠(yuǎn)而言，為了更好地提高中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的整體水準(zhǔn)，林宇認(rèn)為，中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)需要以更快的速度趕上世界先進(jìn)水平。而現(xiàn)有的各種跡象顯示，國(guó)產(chǎn)EDA廠商具備了快速發(fā)展的優(yōu)渥環(huán)境，目前也已基本進(jìn)入積極有序的發(fā)展軌道。

ESDAlliance統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年全球EDA市場(chǎng)規(guī)模為132.75億美元，同比增長(zhǎng)15.77%。而受益于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移趨勢(shì)，中國(guó)EDA市場(chǎng)規(guī)模實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)， 2025年中國(guó)EDA市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到184.9億元，2020~2025年年均復(fù)合增速為14.71%。

與芯片不同，作為晶片代工模式的衍生產(chǎn)物，EDA在中國(guó)的起步其實(shí)并不算晚。上世紀(jì)90年代初，為了突破制造彩電模擬芯片的掣肘，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)曾傾力研發(fā)出首個(gè)國(guó)產(chǎn)自研EDA系統(tǒng)“熊貓”，首度開辟了中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)的自有根據(jù)地。

但由于與特定芯片高度綁定，“熊貓”沒有很好地進(jìn)入市場(chǎng)擴(kuò)張期，只占有了小眾的細(xì)分市場(chǎng)。加之隨后中國(guó)加入世貿(mào)，外國(guó)EDA巨頭紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)芯片廠商為了搶占進(jìn)軍先進(jìn)制程領(lǐng)域的時(shí)機(jī)，紛紛優(yōu)先選擇了國(guó)外EDA工具，這使得本土EDA的發(fā)展速度與空間進(jìn)一步被減緩和壓縮。

“中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)起步早，但限于當(dāng)時(shí)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展程度沒有跟上，最終沒體現(xiàn)出先發(fā)優(yōu)勢(shì)?！盋HIP全球測(cè)試中心中國(guó)實(shí)驗(yàn)室主任羅國(guó)昭向記者表示，芯片產(chǎn)業(yè)的聚集效應(yīng)很強(qiáng)，如果用戶和市場(chǎng)規(guī)模很小，產(chǎn)業(yè)自身也沒有發(fā)展的動(dòng)力。

EDA故事的起點(diǎn)要從上世紀(jì)70年代說起，那時(shí)候芯片復(fù)雜度低，芯片設(shè)計(jì)人員可以通過手工操作完成電路圖的輸入、布局和布線。后來慢慢地開始有公司使用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行集成電路版圖編輯、PCB布局布線，相繼出現(xiàn)了許多二維CAD、三維系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)(SAD)軟件。但是，初代的EDA大都附屬在機(jī)械CAD的供應(yīng)商之下，比如當(dāng)年大名鼎鼎的Applicon、CALMA和CV，這個(gè)階段被視為pre-EDA時(shí)期。從方法論的角度來看，這一階段都是對(duì)電路的物理制造進(jìn)行直接制圖設(shè)計(jì)，雖然在電路繪圖的步驟有或多或少的工具應(yīng)用，但本質(zhì)上還是所見即所得(WYSIWYG)的人工直接設(shè)計(jì)。

與此同時(shí)，一款由加州大學(xué)伯克利分校Ron Rohrer和Larry Nagel團(tuán)隊(duì)研發(fā)的代碼開源的仿真器——SPICE正在經(jīng)歷它關(guān)鍵的版本更新迭代，不斷向IC設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)。隨著IC復(fù)雜度的提升，該技術(shù)的使用者越來越多，到了70年代末，絕大部分半導(dǎo)體公司都已經(jīng)用上了SPICE。

進(jìn)入上世紀(jì)80年代后，電路設(shè)計(jì)開始引入抽象化，開發(fā)出硬件語(yǔ)言(例如Veriog &VHDL)來描述電路行為或者定義信號(hào)連接，從此設(shè)計(jì)師可以直接采用高級(jí)語(yǔ)言“設(shè)計(jì)電路板”，然后通過邏輯綜合工具把抽象的設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化成機(jī)器語(yǔ)言，形成由各種邏輯門組成的電路組合。而硬件抽象語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化也使得專門的商業(yè)軟件工具的開發(fā)和推廣成為可能，從而形成早期的基于不同任務(wù)點(diǎn)的EDA專業(yè)工具。根據(jù)歷史記載，1988年全球EDA市場(chǎng)總量約為9億美元，而Mentor Graphics營(yíng)收突破3億美元大關(guān)，是當(dāng)時(shí)最賺錢的設(shè)計(jì)自動(dòng)化公司。

據(jù)悉，這些早期的點(diǎn)工具已經(jīng)可以基于標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)交換，通過組合，對(duì)硬件抽象語(yǔ)言進(jìn)行自動(dòng)處理，直到產(chǎn)生可制造的物理設(shè)計(jì)，包括功能的仿真驗(yàn)證、有限的邏輯綜合以及電路和電路板的布線等。雖然在算法上往往相對(duì)簡(jiǎn)單，處理的電路相對(duì)較小，工具彼此之間幾乎完全離散，但是仍然可以通過聚焦痛點(diǎn)來有效地解決局部問題;而且得益于當(dāng)時(shí)硬件設(shè)計(jì)制造流程的相對(duì)簡(jiǎn)單，這些點(diǎn)工具的局部?jī)?yōu)化往往和整體優(yōu)化不相關(guān)或者不產(chǎn)生矛盾，從而有效推動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造的快速發(fā)展，這一階段被稱為EDA 1.0時(shí)期。

在這種基于離散點(diǎn)工具組合的EDA1.0時(shí)代的發(fā)展過程中，電路設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大，功能越來越復(fù)雜，為了提高工作效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法學(xué)，更有效率地保障點(diǎn)工具以及制造任務(wù)執(zhí)行正確性，簽收類型的工具逐漸發(fā)展成熟，例如靜態(tài)時(shí)序分析工具、邏輯等效性檢查工具、物理驗(yàn)證工具以及可測(cè)性設(shè)計(jì)和自動(dòng)測(cè)試向量生成工具等。由此，形成了EDA1.0時(shí)代完整的設(shè)計(jì)驗(yàn)證流程和方法學(xué)。

在半導(dǎo)體行業(yè)，有兩個(gè)至關(guān)重要的工具，一個(gè)是光刻機(jī)，被稱為“芯片之父”，另一個(gè)是EDA，被稱為“芯片之母”。沒有了它們，整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都無法運(yùn)轉(zhuǎn)。

目前，這兩個(gè)工具的最先進(jìn)技術(shù)都掌握在外國(guó)公司手里。為了限制我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國(guó)開展了瘋狂圍堵。荷蘭ASML公司生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)，由于美國(guó)干預(yù)，至今沒有出口給中國(guó)大陸。

令人沒想到的是在光刻機(jī)之后，老美又出新招了。在《芯片和科學(xué)法案》落地后，美國(guó)又開啟了新的出口管制，其中之一就是將ECDA軟件技術(shù)納入出口管制。ECDA軟件是EDA的一種，主要用于3nm及以下芯片設(shè)計(jì)。

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱，一塊小小的芯片，工藝極其復(fù)雜，往往可能有數(shù)百億晶體管，如果要靠人工一個(gè)個(gè)繪制，簡(jiǎn)直比登天還難。好在行業(yè)在發(fā)展過程中，誕生了EDA，從仿真、綜合到版圖，從模擬到數(shù)字再到混合設(shè)計(jì)，可以輕松解決這個(gè)問題，讓芯片設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。

不過，這次美國(guó)禁運(yùn)，對(duì)國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)影響暫時(shí)不大。因?yàn)閲?guó)內(nèi)最先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，目前也就發(fā)展到5nm制程。也就是說它們依舊可以用美國(guó)的EDA工具，在設(shè)計(jì)好芯片后，交給臺(tái)積電等制造廠商。

其實(shí)，我國(guó)EDA起步并不晚，在上世紀(jì)90年代就國(guó)產(chǎn)自研出EDA系統(tǒng)“熊貓”?？上У氖钱?dāng)時(shí)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)鏈還非常不成熟，所以即便自研了EDA，但卻沒有芯片設(shè)計(jì)企業(yè)來測(cè)試。